Die in Triebwerksbrennkammern verwendeten hochschmelzenden Metalle umfassen hauptsächlich Wolframlegierungen, Molybdänlegierungen, Tantallegierungen und Nioblegierungen. Ihre Vor- und Nachteile sind in der folgenden Tabelle dargestellt. Nioblegierungen zeichnen sich durch Vorteile wie eine geringere Dichte als andere hochschmelzende Metalle, eine ausgezeichnete Hochtemperaturfestigkeit, gute Plastizität und Schweißbarkeit aus und gehören daher zu den vielversprechendsten Werkstoffen. Allerdings weisen Nioblegierungen eine geringe Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen auf und unterliegen bei etwa 600 °C einer starken Oxidation. Daher muss ihre Oberfläche mit einer Antioxidationsbeschichtung versehen werden, um die Anforderungen von Triebwerksbrennkammern zu erfüllen. Wolframlegierungen zeichnen sich durch ausgezeichnete Hochtemperaturfestigkeit, einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten, eine hohe Dichte (19,3 g/cm³) und eine hohe Duktil-Spröd-Übergangstemperatur (oberhalb Raumtemperatur) aus. Sie sind schwer zu bearbeiten und weisen eine geringe Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen auf. Molybdänlegierungen besitzen eine geringere Dichte (10,2 g/cm³), ein ausgezeichnetes Kriechverhalten bei hohen Temperaturen, einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten und eine hohe Duktil-Spröd-Übergangstemperatur (oberhalb Raumtemperatur). Sie sind schwer zu bearbeiten, schlecht schweißbar und oxidieren oberhalb von 700 °C. Tantallegierungen weisen eine ausgezeichnete Hochtemperaturfestigkeit, gute Temperaturwechselbeständigkeit, hohe Kriechfestigkeit, einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten, gute Duktilität und Zähigkeit sowie eine hohe Dichte (16,68 g/cm³) auf. Sie unterliegen oberhalb von 500 °C einer schädlichen Oxidation. Nioblegierungen besitzen eine geringe Dichte (8,57 g/cm³), ausgezeichnete Hochtemperaturfestigkeit, gute Duktilität und gute Schweißbarkeit. Sie oxidieren auch oberhalb von 600 °C.
Im Vergleich zu anderen Hochtemperaturlegierungen weisen Hochtemperatur-Nioblegierungen Vorteile wie geringe Dichte, hohe spezifische Festigkeit bei hohen Temperaturen (600–1600 °C), ausgezeichnete Kalt- und Warmumformbarkeit sowie gute Schweißbarkeit auf. Sie lassen sich zu dünnwandigen und komplex geformten Teilen verarbeiten und werden zur Herstellung von Komponenten wie Brennkammerverlängerungen für Lageregelungs- und Bahnsteuerungstriebwerke in Raketen, Satelliten, Raumfahrzeugen und Flugkörpern eingesetzt. Sie zählen zu den vielversprechendsten Werkstoffen für Strukturbauteile in der Luft- und Raumfahrt. In der Luft- und Raumfahrt werden am häufigsten Niob-Hafnium- und Niob-Wolfram-Legierungen eingesetzt. Aktuell existieren zwei Produktgenerationen von Schubkammern aus hochschmelzenden Metallen für Lageregelungs- und Bahnsteuerungstriebwerke. Die „erste Generation“ bezeichnet die in den USA am häufigsten verwendete Niob-Hafnium-Legierung (C-103), während die „zweite Generation“ die in Russland und China am häufigsten verwendete Niob-Wolfram-Legierung (Nb521) bezeichnet. Im Vergleich der physikalischen Eigenschaften und der Hochtemperatur-Zugfestigkeit der beiden Niob-Legierungen weist Nb521 deutlich höhere mechanische Eigenschaften bei hohen Temperaturen auf als die Legierung C-103. Bei 1600 °C ist ihre Festigkeit 3- bis 4-mal so hoch wie die der Legierung C-103, und sie wurde bereits erfolgreich in verschiedenen Triebwerken für die Orbital- und Lageregelung eingesetzt.
Aluminid- und Silizidbeschichtungen sind die wichtigsten Forschungssysteme für Hochtemperatur-Schutzbeschichtungen von Nioblegierungen. Aluminidbeschichtungen sind einfach herzustellen, weisen jedoch schlechte mechanische Eigenschaften bei hohen Temperaturen auf, neigen unter Temperaturschock zu Rissbildung und sogar Abblättern und haben niedrige Einsatztemperaturen (im Allgemeinen unter 1200 °C), was zu einer kurzen Lebensdauer führt. Sie eignen sich für statische, isotherme Oxidationsumgebungen. Silizidbeschichtungen zeichnen sich durch gute thermische Stabilität und Selbstheilungseigenschaften aus und können bei Temperaturen über 1300 °C eingesetzt werden. Daher sind sie derzeit das am häufigsten verwendete Beschichtungsmaterial für Nioblegierungen. Die in den Vereinigten Staaten am häufigsten verwendete Nioblegierungssorte ist C103 (Nb-10Hf-1Ti). Weitere gängige Sorten sind SCb291 (Nb-10W-10Ta) und FS-85 (Nb-11W-27,5Ta). Gängige Silizidbeschichtungen sind beispielsweise R512A (Si-20Cr-5Ti) und R512E (Si-20Cr-20Fe). In Russland wird üblicherweise Nb521 (Nb-5W-2Mo-1Zr) als Nioblegierung verwendet, und die gängige Beschichtung besteht aus Molybdänsilicid (MoSi₂).
Die Herstellungsverfahren und Anwendungsbereiche verschiedener Beschichtungen sind in der folgenden Tabelle dargestellt. Die in den USA entwickelten R512A- und R512E-Beschichtungen werden mittels Schlickersintern hergestellt. Dieses Verfahren zeichnet sich durch eine einfache Herstellung und einen kurzen Produktionszyklus aus, die Einsatztemperatur liegt jedoch in der Regel unter 1400 °C. Sie finden derzeit breite Anwendung in Raumfahrzeugen, Space Shuttles und anderen Flugzeugen. Die in Russland entwickelte MoSi₂-Beschichtung wird in einem zweistufigen Verfahren aus Vakuumlichtbogenverdampfung und Infiltrationsreaktion aufgebracht. Das Herstellungsverfahren ist relativ komplex und der Produktionszyklus lang, jedoch bietet das Material eine bessere Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen und kann bei Temperaturen über 1500 °C eingesetzt werden. Verschiedene Ausführungen von mit dieser Beschichtung hergestellten Brennkammern finden breite Anwendung in Satelliten, Raumfahrzeugen und anderen Luftfahrzeugen.
